核動(dòng)力院自主研制非能動(dòng)氫復(fù)合器紀(jì)實(shí)

    2015年8月，中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院非能動(dòng)氫復(fù)合器研發(fā)組第6次向核電站遞交了標(biāo)書(shū)，這是該院自主研發(fā)的非能動(dòng)氫復(fù)合器向應(yīng)用于三代核電站邁出的又一大步，此前，該產(chǎn)品已中標(biāo)4次。自研發(fā)成功贏(yíng)得第一個(gè)標(biāo)書(shū)后，核動(dòng)力院已逐漸成為國(guó)內(nèi)最大的非能動(dòng)氫復(fù)合器供貨商。
　　2011年發(fā)生的日本福島核事故，使“嚴(yán)重事故條件下氫氣控制措施”成為備受業(yè)界關(guān)注的方向之一，而在此之前，核動(dòng)力院就已敏銳覺(jué)察到作為控制核電站嚴(yán)重事故工況下產(chǎn)生的氫氣濃度的非能動(dòng)氫復(fù)合器的廣闊市場(chǎng)和前景。
　　作為核電廠(chǎng)安全殼內(nèi)重要的專(zhuān)用安全設(shè)備，我國(guó)核電站非能動(dòng)氫復(fù)合器的研發(fā)和供貨一直被少數(shù)廠(chǎng)家壟斷。
　　2009年7月，核動(dòng)力院二所六室決定將非能動(dòng)氫復(fù)合器的自主研發(fā)作為開(kāi)發(fā)核電市場(chǎng)的主要方向，確定開(kāi)展二代改進(jìn)型核電廠(chǎng)用非能動(dòng)氫復(fù)合器的研制工作。六室成立了專(zhuān)項(xiàng)攻關(guān)組，開(kāi)始摸索技術(shù)路線(xiàn)。2010年3月，核動(dòng)力院以技術(shù)開(kāi)發(fā)基金予以支持，正式立項(xiàng)研發(fā)。
　　零的突破
　　非能動(dòng)氫復(fù)合器的關(guān)鍵之一是催化板的研發(fā)，不但要滿(mǎn)足反應(yīng)堆安全殼內(nèi)嚴(yán)重事故后的環(huán)境條件，還必須具有非能動(dòng)條件下啟動(dòng)、啟動(dòng)溫度低、消氫速率快等一系列指標(biāo)。
　　但是當(dāng)時(shí)的研發(fā)隊(duì)員大多是年輕人，而且沒(méi)有一個(gè)是催化劑專(zhuān)業(yè)出身，一切都要從零開(kāi)始。他們先從理論開(kāi)始，廣泛調(diào)研國(guó)內(nèi)外非能動(dòng)氫復(fù)合器研發(fā)狀況，學(xué)習(xí)消化氫氣催化理論，虛心請(qǐng)教催化行業(yè)專(zhuān)家，并結(jié)合核電廠(chǎng)對(duì)該設(shè)備技術(shù)規(guī)格書(shū)的要求，制定研制方案，確定技術(shù)路線(xiàn)。由此，開(kāi)始了非能動(dòng)氫復(fù)合器研發(fā)的第一步。
　　在解決催化劑涂覆技術(shù)這個(gè)最關(guān)鍵的難題中，大半年過(guò)去了，研發(fā)人員還一直停留在理論階段，沒(méi)有取得任何實(shí)質(zhì)進(jìn)展，好不容易找到一家有實(shí)力的廠(chǎng)家，卻只答應(yīng)嘗試一下，不承擔(dān)研發(fā)失敗的責(zé)任和后果。
　　有希望就不放棄。研發(fā)團(tuán)隊(duì)先后派出多名技術(shù)人員進(jìn)駐廠(chǎng)家，現(xiàn)場(chǎng)攻克技術(shù)問(wèn)題，利用合作伙伴的專(zhuān)業(yè)設(shè)施，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次反復(fù)摸索、試驗(yàn)、改進(jìn)，最終大幅提高了催化劑與基材的結(jié)合力，該性能還超過(guò)了國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品。此項(xiàng)技術(shù)，也成為核動(dòng)力院非能動(dòng)氫復(fù)合器的最大技術(shù)特點(diǎn)，并成功申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利。
　　從零開(kāi)始最終取得了零的突破。
　　馴服氫爆
　　催化板制造出來(lái)后，在常溫條件下的消氫驗(yàn)證試驗(yàn)是事關(guān)研發(fā)成敗的又一關(guān)鍵。
　　馴服氫氣可不是一件容易的事。第一次消氫試驗(yàn)時(shí)，由于欠缺經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)很小的誤操作使得氫氣流速過(guò)快而發(fā)生了爆炸，連接管路的一個(gè)小三通被炸得粉碎，在場(chǎng)的試驗(yàn)人員都嚇呆了。這是大家第一次近距離感受氫氣爆炸的威力和難以馴服的“脾氣”。
　　心有余悸的同時(shí)，大家驚喜地發(fā)現(xiàn)催化板在常溫條件下消氫了。研發(fā)人員們喜不自禁，開(kāi)始著手對(duì)試驗(yàn)方案進(jìn)行修改和論證，準(zhǔn)備開(kāi)展第二次驗(yàn)證試驗(yàn)。然而，在一周后的改進(jìn)裝置試驗(yàn)中，新?lián)Q的催化板又不消氫了。瞬間，高漲的情緒跌入了谷底。
　　“哪個(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題？我們能做出來(lái)嗎？人力、時(shí)間的投入會(huì)白費(fèi)嗎？”無(wú)數(shù)的疑問(wèn)不?？絾?wèn)著研發(fā)團(tuán)隊(duì)，他們逐一排查了所有步驟和節(jié)點(diǎn)之后發(fā)現(xiàn)，第一次試驗(yàn)之所以消氫成功，竟然是那個(gè)可怕的爆炸導(dǎo)致的，由爆炸引起的催化板的改性使其能夠在常溫條件下穩(wěn)定地消氫。
　　這又回到了起點(diǎn)，究竟什么原因促使催化板在常溫下消除氫氣呢？在大量理論文獻(xiàn)查閱中，研發(fā)人員發(fā)現(xiàn)有可能是一種化學(xué)制劑改變了催化劑的狀態(tài)，提高了貴金屬催化劑的活性，使其具備常溫條件下消氫的功能。循著線(xiàn)索追下去，大家決定試試。
　　化學(xué)品的存放和使用都有非常嚴(yán)格的要求，那段時(shí)間，經(jīng)?？梢钥吹酱髦雷o(hù)面具的研發(fā)人員出出進(jìn)進(jìn)，有時(shí)會(huì)嚇人一跳。一個(gè)月后，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的失敗與工藝改進(jìn)，催化板常溫啟動(dòng)的問(wèn)題終于得以成功解決。
　　沖破難關(guān)
　　接下來(lái)，研發(fā)進(jìn)入最后關(guān)頭，即將進(jìn)行的非能動(dòng)氫復(fù)合器樣機(jī)的驗(yàn)證試驗(yàn)?zāi)芊癯晒﹃P(guān)系著整個(gè)研制的成敗。而試驗(yàn)中，非能動(dòng)氫復(fù)合器的啟停閾值和消氫速率是最關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)。
　　開(kāi)展啟停閾值試驗(yàn)時(shí)，反應(yīng)容器中氫氣濃度緩慢上升，1.3%、1.4%、1.5%、1.6%、1.7%，“切斷氫氣供應(yīng)”，一聲令下，時(shí)間仿佛停止了一樣，所有的研發(fā)人員都屏住呼吸，瞪著“僵尸眼”注視監(jiān)控畫(huà)面中的氫氣濃度和溫度值的變化，10秒、20秒、30秒，終于，在大家期盼的眼神下，氫復(fù)合器出口溫度開(kāi)始上升，氫氣濃度下降了，“非能動(dòng)氫復(fù)合器啟動(dòng)了，滿(mǎn)足要求！”隨著一聲宣告，大家懸著的心頓時(shí)落下。
　　消氫速率試驗(yàn)是難度最大、危險(xiǎn)性最高的一個(gè)試驗(yàn)。開(kāi)啟試驗(yàn)后，隨著反應(yīng)容器中氫氣濃度緩慢上升到3%，氫氣復(fù)合器開(kāi)始工作，反應(yīng)容器中的溫度、壓力也伴隨升高，所有試驗(yàn)人員也開(kāi)始緊張起來(lái)。氫氣濃度又上升到4%?！皶?huì)不會(huì)發(fā)生爆炸？爆炸后會(huì)造成什么后果？”沒(méi)有人開(kāi)展過(guò)類(lèi)似試驗(yàn)，試驗(yàn)后續(xù)會(huì)如何發(fā)展更無(wú)法預(yù)測(cè)，盡管已采取了各種安全措施，試驗(yàn)人員仍萬(wàn)分緊張。隨著時(shí)間的推移，反應(yīng)容器中氫氣濃度、氧氣濃度、壓力、溫度等參數(shù)終于逐漸穩(wěn)定下來(lái)，試驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期效果，研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功獲得了非能動(dòng)氫復(fù)合器的消氫速率。
　　短短四個(gè)月時(shí)間里，研發(fā)團(tuán)隊(duì)完成了20余項(xiàng)針對(duì)性的非能氫復(fù)合器驗(yàn)證試驗(yàn)，逐步攻克了啟停閾值試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)、穩(wěn)態(tài)消氫速率試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)以及試驗(yàn)裝置建設(shè)中氫氣和氧氣混合、嚴(yán)重事故后安全殼環(huán)境條件模擬以及氫氣在爆炸范圍內(nèi)的濃度控制及測(cè)量等關(guān)鍵技術(shù)難關(guān)。
　　2011年12月23日，核動(dòng)力院自主研發(fā)的“PARQX核電廠(chǎng)非能動(dòng)氫復(fù)合器”在成都通過(guò)產(chǎn)品鑒定。專(zhuān)家評(píng)審組組長(zhǎng)、中國(guó)工程院院士葉奇蓁宣布：“核電廠(chǎng)非能動(dòng)氫復(fù)合器的研制成功，對(duì)提高核電站應(yīng)對(duì)嚴(yán)重事故能力具有重大意義，鑒定委員會(huì)一致同意該項(xiàng)目通過(guò)鑒定?！痹擁?xiàng)研發(fā)成果也被評(píng)為中核集團(tuán)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和2012年十大創(chuàng)新性成果之一。
　　依托非能動(dòng)氫復(fù)合器研發(fā)成果，核動(dòng)力院還成功申請(qǐng)了能源局核電標(biāo)準(zhǔn)《非能動(dòng)氫復(fù)合器鑒定試驗(yàn)規(guī)程》的編制，預(yù)計(jì)2016年5月正式發(fā)布。這標(biāo)志著該院在非能動(dòng)氫復(fù)合器研究領(lǐng)域處于技術(shù)領(lǐng)先位置，引領(lǐng)了國(guó)內(nèi)非能動(dòng)氫復(fù)合器的發(fā)展。
　　一個(gè)核電產(chǎn)品的研發(fā)成功和應(yīng)用，是多專(zhuān)業(yè)協(xié)同努力的結(jié)果。非能動(dòng)氫復(fù)合器涉及到二所化工、材料、機(jī)械、熱工、力學(xué)等多個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，同時(shí)得到了所領(lǐng)導(dǎo)和各級(jí)管理部門(mén)的大力支持，經(jīng)過(guò)幾年的努力，核動(dòng)力院自主研制的非能動(dòng)氫復(fù)合器不僅完成了對(duì)國(guó)內(nèi)核電站的批量生產(chǎn)供貨，還成功實(shí)現(xiàn)了海外供貨。
　　如今，二所六室課題組已從非能動(dòng)氫復(fù)合消氫技術(shù)研究擴(kuò)展到嚴(yán)重事故下的氫氣控制措施研究，包括嚴(yán)重事故下的氫氣在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)、非能動(dòng)消氫技術(shù)、能動(dòng)式氫氣點(diǎn)火技術(shù)研究等，并將在后續(xù)的工作中取得更大的成績(jī)。